Nghiên cứu đề xuất mô hình khai thác bền vững thấu kính nước nhạt trong cồn cát ven biển huyện thạch hà, tỉnh hà tĩnh

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ cơng trình nghiên cứu thân Các số liệu kết trình bày luận văn thật, có nguồn gốc rõ ràng, chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu Tác giả Trần Văn Quang LỜI CẢM ƠN Luận văn thực mơn Địa kỹ thuật, khoa Cơng trình trường Đại học Thủy Lợi Hướng nghiên cứu luận văn “ Nghiên cứu đề xuất mơ hình khai thác bền vững thấu kính nước nhạt cồn cát ven biển huyện Thạch Hà, tỉnh Hà Tĩnh” Nó phần nghiên cứu đề tài cấp Nhà nước mã số 62/2015-ĐTĐL.CNXHTN, thuộc chương trình Độc lập cấp nhà Nước Bộ Khoa học Công nghệ Viện khoa học thủy lợi Việt Nam chủ trì thực Để hoàn thành luận văn cách hoàn chỉnh, bên cạnh cố gắng, nỗ lực thân có giúp đỡ tận tình thầy cô môn Địa kỹ thuật Xây dựng trường Đại học Thủy Lợi Hà Nội, đặc biệt hướng dẫn khoa học thầy TS Nguyễn Văn Lộc PGS.TS Nguyễn Thành Công chủ nhiệm đề tài độc lấp cấp nhà Nước mã số 62/2015-ĐTĐL.CN-XHTN Tác giả xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn, tận tâm hướng dẫn khoa học suốt trình từ lựa chọn đề tài, xây dựng đề cương đến hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy cô mơn Địa kỹ thuật, khoa Cơng trình giúp đỡ tạo điều kiện tác giả hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp phòng Địa kỹ tht- Viện Thủy cơng cung cấp số liệu cần thiết tạo điều kiện thuận lợi để tác giả xử lý kết phòng hỗ trợ khảo sát trường MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU .8 PHẦN I MỞ ĐẦU .9 Tính cấp thiết đề tài Mục đích đề tài .12 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 12 3.1.1 Phạm vi nghiên cứu 12 3.1.2 Đối tượng nghiên cứu: .12 Nội dung nghiên cứu 12 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 12 1.1 Cách tiếp cận 12 1.2 Phương pháp nghiên cứu sử dụng 12 Kết dự kiến đạt 13 CHƯƠNG TỔNG QUAN 14 1.1 Các nghiên cứu nước đất dải cồn cát ven biển 14 1.1.1 Ngoài nước 14 1.1.2 Trong nước 19 1.2 Tổng quan đặc điểm địa chất thủy văn trầm tích Đệ Tứ khu vực Hà Tĩnh .22 1.2.1 Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Holocen (qh2): 22 1.2.2 Tầng chứa nước lỗ hổng trầm tích Holocen (qh1) 23 1.2.3 Kết nghiên cứu nước đất vùng cát ven biển Hà Tĩnh 24 1.3 Tổng quan mơ hình khai thác nước vùng cồn cát ven biển 26 1.3.1 Giếng đào 27 1.3.2 Giếng khoan đơn 28 1.3.3 Hành lang giếng 31 1.3.4 Giếng tia .32 1.3.5 Giếng đứng kết hợp cơng trình thu nước nằm ngang 34 1.3.6 Giếng đào thu nước thành bên 35 1.4 Kết luận chương .36 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ ĐỀ XUẤT CÁC MƠ HÌNH KHAI THÁC BỀN VỮNG VỚI VÙNG NGHIÊN CỨU .38 2.1 Cơ sở khoa học 38 2.1.1 Đặc điểm địa chất thủy văn dải cồn cát ven biển huyện Thạch Hà 38 2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hình thành nước đất vùng nghiên cứu 38 2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng ranh giới mặn đến tầng chứa nước 40 2.1.4 Cơ chế xâm nhập mặn tầng chứa nước 42 2.1.5 Các phương trình vi phân vận động nước đất 46 2.1.6 Phương pháp đánh giá trữ lượng tầng chứa nước 49 2.1.7 Phân tích đánh giá tồn của cơng trình khai thác 56 2.1.8 Đánh giá tồn cơng trình khai thác .56 2.2 Phân tích đề xuất mơ hình khai thác phù hợp với đặc điểm địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu 58 2.2.1 Mơ hình giếng đào thu nước thành bên 59 2.2.2 Mơ hình giếng tia 62 2.2.3 Mô hình giếng đứng kết hợp cơng trình thu nước nằm ngang .65 2.3 Kết luận chương .69 CHƯƠNG ÁP DỤNG VÀ TÍNH TỐN CHO DỰ ÁN 70 3.1 Giới thiệu chung Dự án 70 3.1.1 Tên Dự án: 70 3.1.2 Địa điểm xây dựng: 70 3.1.3 Sự cần thiết phải xây dựng cơng trình: 70 3.1.4 Nhiệm vụ công trình: 71 3.1.5 Quy mô Dự án: 71 3.2 Đặc điểm địa hình, địa chất thủy văn khu vực dự án 72 3.2.1 Đặc điểm địa hình dải cồn cát .72 3.2.2 Đặc điểm địa chất thủy văn khu vực đầu mối cấp nước .72 3.2.3 Hiện trạng xâm nhập mặn .74 3.3 Lựa chọn mơ hình phương pháp tính tốn .77 3.3.1 Lựa chọn mơ hình 77 3.3.2 Phương pháp tính tốn .77 3.4 Tính tốn theo phương pháp mơ hình lựa chọn 80 3.4.1 Mơ hình số khu vực nghiên cứu 80 3.4.2 Kết tính tốn mơ .83 3.4.3 Lựa chọn thông số kích thước mơ hình đầu mối .86 3.5 Kết luận chương .90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .91 4.1 Kết luận .91 4.2 Những tồn 92 4.3 Kiến nghị .92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Mặt cắt địa chất ngang dải cồn cát Nghi Xuân .25 Hình 1.2 Mặt cắt địa chất ngang dải cồn cát Lộc Hà – Cẩm Xuyên .26 Hình 1.3 Cấu tạo giếng đào 27 Hình 1.4 Cấu tạo giếng khoan đơn 29 Hình 1.5 Sơ đồ khai thác nước đất dạng hành lang giếng 32 Hình 1.6 Sơ đồ khai thác nước đất giếng tia 32 Hình 1.7 Hình chiếu đứng 3D kết cấu giếng tia 33 Hình 1.8 Mơ hình cấp nước ven sơng Năk Dong, thành phố ChangWon, Hàn Quốc 33 Hình 1.9 Mặt thực tế thi công nâng công suất cấp nước nhà máy KiNuta .33 Hình 10 Sơ đồ khai thác nước đất cơng trình thu nước nằm ngang 34 Hình 11 Cắt ngang cơng trình thu nước nằm ngang 35 Hình 1.12 Sơ đồ khai thác nước đất giếng đào thu nước thành bên 35 Hình 1.13 Thi công, lắp đặt giếng đào thu nước thành bên 36 Hình 2.1 Ranh giới mặn nhạt ứng với mực nước triều cao 41 Hình 2.2 Ranh giới mặn nhạt ứng với mực nước triều trung bình 41 Hình 2.3 Ranh giới mặn nhạt ứng với mực nước triều thấp 41 Hình 2.4 Hình dạng thấu kính nước nhạt nằm trực tiếp tầng nước mặn 42 Hình 2.5 Hình dạng thấu kính nước nhạt nằm trực tiếp tầng cách nước 42 Hình 2.6 Nón xâm nhập mặn từ lên cơng trình khai thác nước đất .43 Hình 2.7 Sơ đồ tầng chứa nước khu vực ven biển (C.W Fetter, 2001) 44 Hình 2.8 Sơ đồ chế hồ trộn nước nhạt-mặn(C.W Fetter, 2001) 44 Hình 2.9 Quan hệ cột nước ngầm mặn nhạt ven biển(C.W Fetter, 2001) Dagan and Bear3 45 Hình 2.10 Nón xâm nhập mặn ký hiệu dùng tính tốn 46 Hình 2.11 Phân tố dòng thấm .47 Hình 2.12 Phân tố dòng phẳng ngang khơng áp 48 Hình 2.14 Phân tich đồ thị dao động mực nước lỗ khoan để xác định đại lượng cung cấp 51 Hình 2.15 Kết cấu giếng sơ đồ dòng thấm chảy vào giếng đào trường hợp không kết cấu hết bề dày tầng chứa nước 59 Hình 2.16 Kết cấu giếng sơ đồ dòng thấm chảy vào giếng đào trường hợp kết cấu hết bề dày tầng chứa nước .60 Hình 2.17 Sơ đồ tính tốn ngun tố dòng thấm chảy vào giếng 61 Hình 2.18 Hình chiếu đứng 3D kết cấu mơ hình giếng tia 63 Hình 2.19 Mặt kết cấu mơ hình giếng tia 64 Hình 2.20 Mặt mơ hình giếng đứng kết hợp cơng trình thu nước nằm ngang .66 Hình 2.21 Cắt dọc mơ hình giếng đứng kết hợp cơng trình thu nước nằm ngang 66 Hình 2.22 Tầng chứa nước có đáy cách nước nằm ngang 67 Hình 2.23 Tầng chứa nước có đáy cách nước nằm nghiêng 68 Hình 3.1 Sơ đồ bố trí tổng thể hạng mục cơng trình cấp nước 71 Hình 3.2 Bản đồ địa chất thủy văn dải cồn cát ven biển Thạch Hà – Cẩm Xuyên .73 Hình 3.3 Mặt cắt địa chất thủy văn ngang khu đầu mối 73 Hình 3.5 Bản đồ phân bố mặn tầng chứa nước qh năm 2016 .75 Hình 3.6 Mặt cắt địa điện qua vị trí cồn cát xã Thạch Lạc – Thạch Hà 75 Hình 3.7 Bản đồ phân bố mặn nhạt tầng chứa nước qp năm 2016 .76 Hình 3.8 Sơ đồ rời rạc hố khơng gian mơ hình 79 Hình 3.9 Lượng nước mưa bổ cập (mm/ng) cho tầng chứa nước 81 Hình 3.10 Đồ thị dao động mực nước giếng bơm năm hạn hán 83 Hình 3.11 Đồ thị dao động mực nước giếng bơm năm có mưa 83 Hình 3.12 Mặt cắt ngang mực nước qua giếng bơm khu vực cồn cát thời điểm tháng II/2017 84 Hình 3.13 Đường đẳng mực nước khu vực cồn cát thời điểm tháng II/2017 .84 Hình 3.14 Mặt cắt ngang mực nước qua giếng bơm khu vực cồn cát thời điểm tháng X/2017 84 Hình 3.15 Biểu đồ quan hệ khả thu nước ống lọc cát vùng nghiên cứu với đường kính khác 87 Hình 3.16 Biểu đồ quan hệ khả thu nước ống lọc cát hạt thơ với đường kính khác 88 Hình 3.17 Cắt dọc mơ hình khai thác 89 Hình 3.18 Mặt mơ hình khai thác 90 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thực trạng cơng trình khai thác nước TCN qh2 dải cát ven biển Hà Tĩnh 56 Bảng 2.2 Sự giảm trị số hạ thấp mực nước tăng bán kính giếng 63 Bảng 3.1: Các thông số địa chất thủy văn tầng chứa nước qh2 72 Bảng 3.2 Khả thu nước loại ống lọc theo chiều cao cột nước thấm cát hạt mịn đến trung 87 Bảng 3.3 Khả thu nước loại ống lọc cát hạt thô .88 Bảng 3.4 Kết thí nghiệm khả thu nước ống lọc .89 PHẦN I MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Chương trình MTQG Nước VSMTNT, sau 15 năm triển khai kể từ 2001, tính chung tới đạt độ bao phủ 84% nước hợp vệ sinh cho vùng nông thôn toàn quốc Tuy nhiên, mức độ bao phủ cấp nước tỉnh, vùng tỉnh có khác biệt lớn Riêng khu vực dân cư vùng ven biển Bắc Trung có đặc thù riêng điều kiện tự nhiên địa hình, địa chất khí hậu nên khu vực có nhiều khó khăn để đảm bảo nguồn đáp ứng nhu cầu cấp nước Trong tình trạng biến đổi khí hậu, có nhiều vùng khu vực lâm vào cảnh thiếu nước đặc biệt vào thời điểm mùa khô Theo số liệu thống kê Bộ Tài nguyên & Môi trường cho thấy, tỉnh (gồm Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị) có tới 12 vùng với 17 xã huyện nằm trải dọc dải ven biển khu vực Bắc Trung Bộ khu vực khó khăn điều kiện cấp nước sinh hoạt liệt kê vào danh sách 500 khu vực khan khó khăn cấp nước sinh hoạt toàn quốc Như vậy, để đảm bảo mục tiêu tăng nhanh độ che phủ cấp nước cho vùng nông thôn dọc ven biển Miền Trung nói chung vùng Hà Tĩnh nói riêng, bên cạnh việc tiếp tục ưu tiên cao vốn cho đầu tư xây dựng cơng trình cấp nước đồng thời cần tăng cường triển khai nghiên cứu ứng dụng tiến kỹ thuật, tìm kiếm giải pháp, mơ hình khai thác tiên tiến, phù hợp để đảm bảo tính bền vững kịp thời thích ứng với điều kiện biến đổi tồn cầu khí hậu ảnh hưởng nước biển dâng thời gian tới Vùng ven biển khu vực Hà Tĩnh với đặc điểm dải cát kéo dài dọc bờ biển, đó, nguồn nước cấp cho sinh hoạt nước ngầm tồn chủ yếu thành tạo trầm tích Đệ tứ với tầng chứa nước sau: *Tầng chứa nước trầm tích Holocen thượng nguồn gốc sông (aQ 3), sông biển (amQ 3) biển gió (mvQ 3) Đây tầng chứa nước thứ với đặc thù tầng chứa nước không áp với chiều dày tầng khai thác không lớn (từ 2,0m-3,0m 8,0-10,0m), độ sâu mực nước tĩnh không nhỏ (từ 0,3-2,5m mùa mưa 1,5-2,0m mùa khô) Do xuất lộ trực tiếp mặt đất nên tầng chứa nước có quan hệ chặt chẽ với yếu tố khí tượng thủy văn, chất lượng nước khơng ổn định, dễ bị ô nhiễm sinh vật nhiễm mặn Nhìn chung tầng chứa nước Holocen thượng có độ chứa nước đánh giá từ nghèo đến trung bình, điều kiện khai thác tương đối thuận lợi nên từ lâu nguồn cấp quan trọng cho người dân vùng ven biển Theo số liệu thống kê, trình khai thác sử dụng nước khu vực mang tính tự phát, khai thác theo mơ hình hộ cá nhân khơng có quản lý quy hoạch cụ thể Ngồi ra, tác động mơi trường đến chất lượng nước chưa có biện pháp ngăn ngừa nên ngày dẫn đến gây lãng phí, cạn kiệt, ô nhiễm nhiễm mặn nguồn nước đất hữu hạn khu vực Ở nước, việc nghiên cứu ứng dụng thành tựu khoa học giới áp dụng vào điều kiện Việt Nam đặc biệt cho khu vực Miền Trung để giải vấn đề khai thác nước hạn chế khả nhiễm mặn triển khai tiến hành từ năm 1996 - 2003 nhiều tác Đặng Hữu Ơn năm 1996 [Dự báo khả nhiễm mặn số cơng trình Vũng Tàu song phạm vi nhỏ số vùng Ứng dụng chương trình tính tốn phương pháp Lập trình tuyến tính (LTTT) lập trình động (LTĐ) để giải toán khai thác tối ưu cho tầng chứa nước không áp theo điều kiện biên khác nhau, thay đổi theo thời gian khơng gian tính toán thử nghiệm cho số vùng (điểm) nằm rải rác số tỉnh Quảng Ngãi, Quảng Trị (Nguyễn Văn Hồng, Nguyễn Thành Cơng 2001) Trong kết nghiên cứu khẳng định vai trò, tiềm khai thác nguồn nước từ thấu kính nước nhạt giải cát ven biển ln đóng vai trò quan trọng; Nó góp phần cải tạo ổn định môi trường sinh thái khai thác, sử dụng cách hợp lý Tuy nhiên số liệu phạm vi nghiên cứu chưa bao trùm chi tiết hệ thống cho cấu trúc chứa nước đặc trưng toàn vùng nghiên cứu Thực tế cho thấy: thời điểm nay, với định hướng chiến lược phát triển lĩnh vực kinh tế biển đem lại thay đổi lớn diện mạo cho khu vực dân cư dải ven biển miền Trung; nhiên, thay đổi kinh kéo theo biến động dân cư tăng theo nhu cầu khác đời sống sinh hoạt Sự gia tăng dân số, phát triển dich vụ du lich, hoạt động sản xuất, kinh tế khu vực ven 10 Hệ phương trình sai phân nhận từ phương trình (3.1) thành lập sở qui tắc cân bằng: Tổng tất dòng chảy vào chảy từ ô phải thay đổi thể tích nước có Giả thiết mật độ nước, môi trường chứa nước không đổi cân dòng chảy cho thể phương trình sau: = ∑ Qi Ss i ∆H ∆V ∆t (3.2) - Qi lượng nước chảy vào (nếu chảy Q lấy giá trị âm), S s giá trị hệ số nhả nước, giá trị Ss(x,y,z), ∆V thể tích ơ, ∆h giá trị biến thiên h thời gian ∆t lưới xét Có loại điều kiện biên gồm: - Điều kiện biên loại I điều kiện biên mực nước xác định trước (còn gọi điều kiện biên Dirichlet) Đó ô mà mực nước xác định trước giá trị không đổi suốt bước thời gian tính tốn - Điều kiện biên loại II điều kiện biên dòng chảy xác định trước (còn gọi điều kiện biên Neumann) Đó mà lưu lượng dòng chảy qua biên xác định trước suốt bước thời gian tính tốn Trường hợp khơng có dòng chảy lưu lượng xác định “0” - Điều kiện biên loại III điều kiện biên lưu lượng biên phụ thuộc vào mực nước (còn gọi điều kiện biên Cauchy biên hỗn hợp) Tùy thuộc vào biên thực tế sông, suối, barie đá cách nước, lượng bổ cập, bốc nước ngầm, lỗ khoan hút nước mà người ta mơ mơ hình biên loại I, loại II loại III 3.4 Tính tốn theo phương pháp mơ hình lựa chọn 3.4.1 Mơ hình số khu vực nghiên cứu Trên sở đặc điểm địa chất thủy văn, điều kiện tự nhiên dải cồn cát ven biển khu vực nghiên cứu mơ hình số xây dựng sau: - Kích thước mơ hình bao trùm vùng diện tích khoảng (1000 x 2000)m2 80 - Sử dụng cao độ giả định mặt cắt Hình 3.3 - Trên mặt cắt mơ hình chia thành lớp lớp tương ứng với tầng chứa nước với chiều dày mặt cắt mơ tả hình 3.3 - Trên mặt bằng: Mơ hình phân chia thành lưới 20 x 20 m, vùng gần giếng khai thác, ô lưới chia mịn với kích thước lưới x 1m - Các điều kiện biên: + Mưa, bốc hơi: Mưa nguồn hình thành trữ lượng nước đất cồn cát bốc nước ngầm nguồn thoát nước đất Lượng bổ cập cho nước đất từ mưa bốc từ bề mặt nước ngầm nội suy từ số liệu mưa, bốc trạm khí tượng khu vực với liệt số liệu quan trắc từ 1985 2014 Do cồn cát ven biển, có hệ số thấm tương đối lớn, nên ước tính lượng bổ cập lấy 80% lượng mưa khu vực Hình 3.9 Lượng nước mưa bổ cập (mm/ng) cho tầng chứa nước + Điều kiện biên: Do cồn cát ven biển có bờ phía đơng tiếp giáp với biển Đông biển mô điều kiện biên loại I (mực nước triều), tỷ trọng nước biển ρ s =1200 kg/m3 + Với mơ hình khai thác dạng giếng tia khai báo mơ hình dạng cơng trình khai thác nước dạng “drain” Chiều sâu cơng trình khai thác nước đất cách đáy tầng chứa nước qh1/qh2 khoảng 0.5m Lưu lượng bơm Q = 7.6 m3/h 81 =182.4 m3/ngày.đêm (giả thiết bơm liên tục) Vị trí giếng Nằm khoảng trung tâm cồn cát - Thông số địa chất thủy văn: gồm hệ số thấm, độ rỗng, cho lớp mô tả Bảng 3.1 Ký hiệu Q H µ K a R dd Đơn vị tính m3/ng.đ m - m/ng.đ m2/ng.đ m Cụm Thạch Lạc 393,12 12,3 0,10 18,21 2206,6 27,48 - Động thái nước đất cồn cát biến đổi mạnh theo mùa phụ thuộc chủ yếu vào lượng mưa Vận động nước đất cồn cát vận động không ổn định - Điều kiện ban đầu: Đối với toán thủy động lực đồ đẳng cao độ mực nước tầng chứa nước thời điểm tháng 1/2006 Đối với toán dịch chuyển biên mặn đồ phân bố độ tổng khống hóa nước đất thời điểm tháng 1/2006 Do tài liệu thực đo, đồ xây dựng dựa việc chạy toán điều kiện ổn định - Thời gian mơ phỏng: Bài tốn ổn định: 10 năm từ 2006 đến 2016 Bài toán không ổn định (trong điều kiện khai thác): 01 năm, cho năm 2017 Thời đoạn tính tốn ∆t = 01 ngày Do khơng có tài liệu mực nước thực đo nên không tiến hành hiệu chỉnh kiểm định mơ hình, nhiên kết tốn vãn có độ tin cậy cao vùng nghiên cứu cồn cát, có hệ số thấm tương đối lớn, tầng chứa nước phạm vi tương đối đồng nhất, có cơng trình khai thác, lưu lượng bơm ổn định, biên tương đối ổn định, v.v sử dụng để làm định hướng thiết kế khai thác, quy hoạch, bố trí quan trắc, v.v 82 3.4.2 Kết tính tốn mơ 3.4.2.1Năm hạn hán có mưa khơng đáng kể Vào năm hạn hán mưa, dao động mực nước giếng bơm Hình 2.5 Mực nước nhỏ Zmin= - 6.82 m (các mặt đất tự nhiên -2,81m), mực nước trung bình -6.50 m (các mặt đất tự nhiên -2,50m) Hình 3.10 Đồ thị dao động mực nước giếng bơm năm hạn hán 3.4.2.2Năm có mưa trung bình Vào năm có mưa trung bình, dao động mực nước giếng bơm Hình 3.11 Mực nước nhỏ giếng bơm vào tháng II Zmin= - 6.21 m (cách mặt đất 2.21m), sau có xu tăng lên có lượng nước bổ cập từ mưa, đạt giá trị lớn Zmax= - 3.4 m (cao mặt đất 0,6m) cao mặt đất tự nhiên nhiều vị trí Xâm nhập mặn xảy vùng dải ven biển, chiều dài xâm nhập măn (TDS < 1000 mg/L) L = 70 - 100m (Hình 3.16) Hình 3.11 Đồ thị dao động mực nước giếng bơm năm có mưa 83 Hình 3.12 Mặt cắt ngang mực nước qua giếng bơm khu vực cồn cát thời điểm tháng II/2017 Zmin = - 6.21 m Hình 3.13 Đường đẳng mực nước khu vực cồn cát thời điểm tháng II/2017 Hình 3.14 Mặt cắt ngang mực nước qua giếng bơm khu vực cồn cát thời điểm tháng X/2017 84 Hình 3.15 Đường đẳng mực nước khu vực cồn cát thời điểm tháng X/2017 Hình 3.16 Mặt cắt ngang xâm nhập mặn khu vực cồn cát sau năm khai thác 85 Hình 3.17 Đường đẳng xâm nhập mặn khu vực cồn cát sau năm khai thác 3.4.3 Lựa chọn thơng số kích thước mơ hình đầu mối Từ kết tính tốn cho thấy Độ hạ thấp mực nước lớn (vào năm xảy hạn hán nằm cách mặt đất -2.81m), mực nước hạ thấp cho phép tầng chứa nước ≤ 5m(cách mặt đất -5.0m) Như thông số đưa vào thiết kế đầu mối khai thác sau: + Đường kính giếng D=2000 + Cao trình đáy giếng đặt độ sâu -5,5m so với mặt đất + Cao trình đặt tia ngang: Do mực nước hạ thấp vào năm hạn hán đạt - 2,81m, so với mặt đất Để tia hoạt động bền vững không ảnh hưởng đến động thái nước ngầm mực nước tối thiểu lại đỉnh tia >0.5m Do để an tồn cao trình đặt tia – 3,5m so với mặt đất tự nhiên + Số lượng tia ngang Để xác định khả thu nước tia ngang chúng tơi thí nghiệm khả thu nước phòng loại ống lọc khác tương ứng với cấp phối hạt Các kết tính tốn thống kê trình bày bảng 3.2 hình 3.15, bảng 3.3, hình 3.16 86 Kết thí nghiệm cát hạt mịn đến trung thể bảng 3.2 hình 3.15 Bảng 3.2 Khả thu nước loại ống lọc theo chiều cao cột nước thấm cát hạt mịn đến trung Chiều cao cột nước thấm, cm Lưu lượng thu nước đơn vị, q (l/ph.m) H Ống WB.D76 Ống JS.D48 Ống JS.D90 0,00 0,00 0,00 10 0,492 2,053 2,362 20 0,910 4,033 4,347 30 1,304 6,396 6,610 40 1,747 8,933 9,428 50 2,762 11,724 12,238 70.0 60.0 50.0 Chiều cao cột nước thấm, H (cm) 80.0 Biểu đồ quan hệ khả thu nước loại ống cát biển theo chiều cao cột nước thấm, q=f(H) Ống WB.D76 40.0 Ống JS.D48 30.0 Ống JS.D90 20.0 10.0 Lưu lượng thu nướcđơn vị, q (l/ph.m) 0.0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 Hình 3.15 Biểu đồ quan hệ khả thu nước ống lọc cát vùng nghiên cứu với đường kính khác Kết thí nghiệm cát hạt thơ thể bảng 3.3 hình 3.16 87 Bảng 3.3 Khả thu nước loại ống lọc cát hạt thô Chiều cao cột nước thấm, cm Lưu lượng thu nước đơn vị, q (l/ph.m) Ống WB.D76 Ống JS.D48 Ống JS.D90 0,000 0,000 0,000 10 0,530 3,133 3,747 20 1,040 5,158 5,639 30 1,418 7,828 8,210 40 1,863 10,778 11,212 50 2,241 13,849 14,009 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 Chiều cao cột nước thấm H (cm) H Biểu đồ quan hệ độ thu nước loại ống cát lọc thô theo chiều cao cột nước thấm, q= f(H) Ống WB.D76 40.0 Ống JS.D48 30.0 Ống JS.D90 20.0 10.0 Lưu lượng thu nước đơn vị q (l/ph.m) 0.0 0.0 5.0 10.0 15.0 Hình 3.16 Biểu đồ quan hệ khả thu nước ống lọc cát hạt thô với đường kính khác Dựa kết thí nghiệm phân tích kết chúng tơi tính tốn giá trị lưu lượng thu ống Johnson loại đường kính khác D=48mm 90 mm (với cột nước ống tối thiểu H= 20cm) thể bảng 3.4: 88 Bảng 3.4 Kết thí nghiệm khả thu nước ống lọc TT Lưu lưu lượng nước thu (với α=0,05); q (l/ph.m) Điều kiện đặt ống D=48mm D=90mm Trong môi trường cát biển 4,0 4,3 Trong môi trường cát lọc thô 5,1 5,6 Qua kết thí nghiệm phòng với trường hợp mực nước khác nhau, độ chặt, thành phần hạt loại cát tính tốn khả thu nước ống lọc kiểu Jonson môi trường cát khu vực dự án, đường kính φ90 đạt: 0,26m3/h.m dài, cần bố trí 32m ống lọc chia thành tia, tia dài 4m để đảm bảo khai thác đủ cơng suất 7,6m3/h Hình 3.17 Cắt dọc mơ hình khai thác 89 Hình 3.18 Mặt mơ hình khai thác 3.5 Kết luận chương Qua kết phân tích đề xuất lựa chọn mơ hình khai thác kết tính tốn cho trường hợp cụ thể thiết kế xây dựng thành cơng mơ hình cơng trình giếng tia khai thác đảm bảo hiệu bền vững Cấp nước cho 120 hộ dân với khoảng 600 nhân khẩu, công suất khai thác 182,4m3/ngđ Việc xây dựng thành cơng mơ hình thí điểm cơng nghệ khai thác nước đất giếng tia khơng giải khó khăn nhu cầu nguồn nước sinh hoạt cho thơn Hòa Lạc, Quyết Thắng xã Thạch Lạc mà có ý nghĩa quan trọng việc triển khai áp dụng mơ hình lĩnh vực cấp nước vệ sinh môi trường nơng thơn Ngồi mơ hình giếng tia có ưu điểm khống chế chiều sâu hạ thấp mực nước thiết kế, nhằm tránh yếu tố khách quan khai thác không với công suất thiết kế gây phá hủy tầng chứa nước 90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Trên sở phân tích kết nghiên cứu luận văn tác giả rút số kết luận sau: - Tầng chứa nước (qh2) dải cồn cát ven biển Hà Tĩnh bao gồm thành tạo thuộc thống Holocen, phụ thống thượng, trung (Q 3), (Q 2), có nguồn gốc sơng, sơng biển, biển, biển gió ( a, am,m, mv) Chiều dày tầng chứa nước tương đối mỏng, trung bình vào khoảng 10 -15,0m Tầng chứa nước thường ngăn cách với tầng chứa nước phía lớp sét pha cách nước, phủ trực tiếp lên tầng chứa nước mặn phía Nước dải cồn cát chủ yếu hình thành từ nước mưa rơi bề mặt Chúng có quan hệ chặt chẽ với yếu tố khí tượng, thủy văn, mực nước dao động theo mùa tuỳ thuộc vào lượng mưa Về mùa khô, mực nước thường nằm sâu từ 1,2 – 2,5m (phần trảng cát) từ - 6m (cồn cát cao), mùa mưa nước ngầm dâng cao, chảy tràn mặt đất thoát chỗ trũng biển Khối nước dải cồn cát thường có dạng thấu kính, nằm cân động so với nước biển, gương nước ngầm lặp lại bề mặt địa hình, đường phân thuỷ chạy dọc theo “sống trâu” dải cát chạy dọc bờ biển Trữ lượng đánh giá mức nghèo đến trung bình, chất lượng nước đảm bảo phục vu sinh hoạt sản xuất Đây nguồn nước chủ yếu phục vụ sinh hoạt sản xuất cho nhân dân phân bố dải cồn cát vùng lân cận - Các cơng trình khai thác truyền thống giếng đào, giếng khoan, cụm cơng trình khai thác nước tập trung kiểu truyền thống xảy tượng suy thoái trữ lượng khai thác chất lượng nước - Do mơ hình khai thác chủ yếu mức độ hộ gia đình dẫn đến việc quản lý khai thác gặp nhiều khó khăn nên khơng kiểm sốt lưu lượng khai thác chất lượng nguồn nước - Luận văn đề xuất mơ hình giếng tia, mơ hình cơng trình thu nước nằm ngang, mơ hình giếng đào thu nước thành bên Các giải pháp mô hình phù hợp với 91 đặc điểm địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu, dễ quản lý vận hành, giá thành xây dựng thấp, đảm bảo khai thác ổn định bền vững nguồn nước thấu kính dải cồn cát - Kết nghiên cứu ứng dụng vào thực tế xây dựng mô hình giếng tia thơn Hòa Lạc, Quyết Thắng xã Thạch Lạc, cấp nước cho 120 hộ dân với khoảng 600 nhân khẩu, công suất khai thác 182,4m3/ngđ 4.2 Những tồn Hiện địa bàn nghiên cứu chưa có nhiều giải pháp cấp nước đề tài đề xuất, để đánh giá tính hiệu thực tế mơ hình tính tốn với thực tế vận hành cơng trình ngồi thực địa chưa có báo cáo đánh giá chi tiết Các giải pháp khai thác chưa ứng dụng triển khai rộng rãi thi cơng thí điểm theo nghiên cứu đề tài, đồng thời mang tính chất đặc trưng cho khu vực áp dụng 4.3 Kiến nghị Việc phát triển nhân rộng giải pháp khai thác dải cồn cát ven biển cần thiêt hữu ích Nếu giải pháp áp dụng vào thực tế đảm bảo việc khai thác bền vững nguồn tài nguyên quý giá Đảm bảo ổn định đời sống, kinh tế xã hội nhân dân vùng ven biển Cần có hướng nghiên cứu phát triển với kịch thông số đầu vào phù hợp với điều kiện địa hình, địa chất thủy văn cụ thể giải pháp 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trong nước [1] Đoàn Văn Cánh, Phạm Quý Nhân (2005) Tin học Địa chất thuỷ văn Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội [2] Đoàn Văn Cánh (2002) Đề án: Điều tra, nghiên cứu tài nguyên môi trường nước đất tỉnh Quảng Trị phục vụ quy hoạch, bảo vệ khai thác sử dụng có hiệu cho phát triển kinh tế dân sinh [3] Nguyễn Văn Đản năm (1996)Nước đất vùng đồng bằn ven biển Bẳc Trung Bộ [4] Đặng Hữu Ơn (1999) Phương pháp mơ hình hoá nghiên cứu Địa chất thuỷ văn Bài giảng dành cho lớp Sau đại học, Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội [5] Bùi Văn Trường, Hoàng Việt Hùng: Phân tích thấm mơi trường đất Nhà xuất Xây dựng (2016) [6] Đề tài “Nghiên cứu đề xuất mơ hình khai thác bền vững thấu kính nước nhạt cồn cát ven biển phục vụ cấp nước sinh hoạt cho vùng khan nước khu vực Bắc Trung Bộ”(2016) [7] Nguyễn Văn Hoàng, Nguyễn Văn Độ (2000), “Lập phương trình động liên kết với mơ hình phần tử hữu hạn tính tốn khai thác tối ưu nước TCN không áp”,TC Địa chất 260, tr 51 -62, Hà Nội [8] Tô Văn Nhụ, Bùi Học, Đặng Hữu Ơn, Lê Huy Hoàng, Trần Minh Báo cáo khoa học “Nghiên cứu áp dụng công nghệ khai thác nước đất giếng đường kính lớn hành lang thu nước” [9] Nguyễn Văn Thìn năm (1991) Lập đồ ĐCTV - ĐCCT 1: 50 000 vùng Thạch Khê - Hà Tĩnh [10] Nguyễn Trường Giang năm (1992).Chuyên khảo nước đất đồng ven biển miền Trung [11] Nguyễn Trường Giang năm (1995)Tìm kiếm nước đất vùng Quảng Trạch - Quảng Bình [12] Đỗ Trọng Sự (2002) Nghiên cứu đặc điểm thuỷ địa hoá nước đất vùng ven biển Bắc Bộ - Bắc Trung Bộ [13] Dự án “Điều tra, đánh giá tiềm nước đất vùng Hà Tĩnh - Quảng Bình” Cục Quản lý tài ngun nước chủ trì hồn thành năm 2012 [14] Phan văn trường (2012) “Nghiên cứu đặc điểm hình thành đề xuất hướng sử dụng hợp lý tài nguyên nước đất vùng cát ven biển Quảng Bình” Luận văn tiến sỹ Nước ngồi [15] Dagan, G and Bear, J., 1968 Solving the problem of local interface upconing in a coastal aquifer by the method of small perturbations J Hydr Res 1968, 6, 15 [16] Diersch,H.-J Prochnow D and Thiele M 1984 Finite-element analysis of dispersion-affected saltwater upconing below a pumping well Appl Math Modelling 1984, Vol 8, pp 305-312 Butterworth & Co (Publishers) Ltd 93 [17] Fletcher G Driscoll, 1987 Groundwater and Wells Published by Johnson Division, St Paul, Minnesota 55112, USA [18] Lee E, Hyun Y, Lee KK, Kim HS, Jeong JH (2010a) Evaluation of well production by a riverbank filtration facility with radial collector well system in Jeungsan-ri, Changnyeong gun, Korea J Korean Soc Soil Groundw Env 15:1–12 [19] Lee E, Hyun Y, Lee KK (2010b) Numerical modeling of groundwater flow into a radial collector well with horizontal arms Geosci J doi:10.1007/s12303-0100037-xMarta Faneca Sanchez, Khairul Bashar, Gijs Janssen, Gualbert Dude Essink, Marjolein Vogels, Jan Snel, Yangxiao Zhou and Roelof Stuurman, 2015 SWIBANGLA: Managing salt water intrusion impacts in coastal groundwater systems of Bangladesh Deltares, The Netherlands UNESCO-IHE, The Netherlands Jahangirnagar University, Bangladesh [20] Falkovich, G., 2011 Fluid Mechanics Cambridge University Press [21] Soylu M E., Istanbulluoglu E., Lenters J D and T Wang 2011 Quantifying the impact of groundwater depth on evapotranspiration in a semi-arid grassland region Hydrol Earth Syst Sci., 15, 787–806, 2011 www.hydrol-earth-systsci.net/15/787/2011/doi:10.5194/hess-15-787-2011 94 ... Thủy Lợi Hướng nghiên cứu luận văn “ Nghiên cứu đề xuất mơ hình khai thác bền vững thấu kính nước nhạt cồn cát ven biển huyện Thạch Hà, tỉnh Hà Tĩnh Nó phần nghiên cứu đề tài cấp Nhà nước mã số... trữ lượng thấu kính nước nhạt vùng ven biển huyện Thạch Hà, Hà Tĩnh - Nghiên cứu, đề xuất mơ hình khai thác nước hiệu quả, phù hợp thấu kính nước nhạt Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu 1.1 Cách... thực địa đề tài độc lập cấp Nhà nước Nghiên cứu đề xuất mơ hình khai thác bền vững thấu kính nước nhạt cồn cát ven biển phục vụ cấp nước sinh hoạt cho vùng khan nước khu vực Bắc Trung Bộ” thực